Ultrazvuková technologie zpracování potravin

Ultrazvuková energie působí na médium a způsobuje vysokorychlostní a jemné vibrace bodu hmoty, což má za následek změny v mechanických veličinách, jako je rychlost, zrychlení, tlak zvuku a intenzita zvuku, čímž způsobují mechanické účinky. Ultrazvukové vlny jsou formou šíření mechanické energie, která souvisí s vlnovým procesem a vytváří lineární účinek vibrací. Když se ultrazvuková vlna šíří v médiu, amplituda přemístění částic je malá, ale zrychlení způsobené ultrazvukem je velmi velké.

Pokud se šíří ultrazvuková vlna 20 kHz a 1 W / cm2 ve vodě, generuje se amplituda akustického tlaku 173 kPa, což znamená, že amplituda akustického tlaku se mění 20 000krát mezi kladnou a zápornou 173 kPa za sekundu a zrychlení největší hmotnostní bod. Až 1440 km / s2, asi 1500krát vyšší než gravitační zrychlení, je takový dynamický a rychle se měnící mechanický pohyb mechanickým vibračním účinkem výkonového ultrazvuku.

ultrazvuková kavitace

Pokud ultrazvukové médium není rovnoměrné vrstvené médium (jako je biologická tkáň, lidské tělo atd.), Způsobí akustická impedance každé vrstvy média odraz a přenášené zvukové vlny se odrazí a vytvoří stojatou vlnu. Antinody stojatých vln a uzly způsobují tlak a napětí. A změny v zrychlení. Protože hmotnost různých částic média (jako jsou biomolekuly) je různá, rychlost vibrací způsobená změnou tlaku je odlišná a změna tlaku způsobená relativním pohybem mezi částicemi média je další příčinou ultrazvukového mechanického účinku. Měly by být zpracovány mechanické účinky ultrazvuku (děrování, řezání, zhutňování, zpevňování povrchu, svařování, čištění, leštění a odstraňování nežádoucích filmů a nečistot), jakož i zrychlená disperze, homogenizace, emulgace a rozmělňování. Jiné procesy, jako je sterilizace.

Mechanické působení ultrazvuku bylo široce používáno ve výrobě. Zde jsou nějaké příklady:

Mechanické míchání

Ultrazvukové vysokofrekvenční vibrace a tlak záření mohou vytvářet účinné míchání a proudění v plynu a kapalině. Silný paprsek a lokální mikroplachování generované vibracemi bublin kavitace na pevném povrchu může významně snížit povrchové napětí a tření kapaliny a zničit mezní vrstvu rozhraní pevná látka-kapalina, čímž se dosáhne nízkofrekvenčního mechanického míchání. účinek. Tato role je fyzickým základem pro aplikaci léčiv, kosmetických přípravků pro vedení pleti, ultrazvukové odplyňování, potravin a kosmetiky a dolaďování.

Vzájemná difúze

Ultrazvukový vibrační a kavitační tlak a účinek vysoké teploty se používají k podpoře vzájemného pronikání molekul mezi dvěma kapalinami, dvěma pevnými látkami nebo rozhraními kapalina-pevná látka a kapalina-plyn za účelem vytvoření nových vlastností materiálu. K těmto účinkům lze připsat ultrazvukové svařování kovů nebo plastů, fakoemulgaci, čištění a atomizaci.

Homogenizace

Lokální rázová vlna generovaná po uzavření kavitační bubliny může rozmělnit částice v kapalině, aby byla jemnější; aby krystal byl jednotný; dispergovat větší a nerovnoměrné kapičky emulze do malých jednotných činidel (jako jsou lékařské kontrastní látky, činidla pro léčbu rakoviny atd.) Může dokonce zahrnovat účinky ablace krevních sraženin.

Soudržnost

Ultrazvukové vibrace mohou způsobit, že se suspendované částice v plynném a kapalném médiu pohybují různými rychlostmi, což zvyšuje pravděpodobnost kolize; nebo pomocí stojatých vln, které mají sklon být v antinodu, takže dochází ke koagulačnímu procesu. Sběr prachu a umělé srážky mohou být tohoto typu.

Mechanické řezání

Vzhledem k vysokému zrychlení ultrazvukových vibrací a korozivnímu účinku kavitace může být speciálně zpracován pro tvrdé a křehké materiály (drahokamy, keramiku, sklo, magnetickou ocel atd.).

Senzační

Ultrazvukové pulzy s vysokou intenzitou lze použít k rozbití ledvinových kamenů a žlučových kamenů v lidském těle, aniž by došlo k poškození měkkých tkání.